食物消化而分解的游离核黄素，经小肠磷酸化以后才能被吸收。在体内，以游离核黄素、黄素单核苷酸（FMN）及黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）三种形式存在于组织中。以后者为主，而且结合于线粒体和细胞核。至于它们在组织中的分布情况，最近，Yang和Mc Cormick用55μg核黄素-2-14C注射于重170g大鼠腹膜内，24h后观察其放射线强度分布为：肝27.86%、肾4.32%、小肠4.57%、大肠1.82%、血液0.02%，其他40.30%。Cerletti等又用氯化钾-磷酸缓冲液提承，在动物组织内，三种黄素含量如下表：
大鼠组织黄素组成
| 组织 | 湿重 | ||
| FAD | FMN | 游离核黄素 | |
| 肝 | 59.0 | 8.4 | 0.8 |
| 肾 | 46.2 | 13.5 | 1.6 |
| 心 | 35.5 | 2.0 | 0.1 |
| 肺 | 9.9 | 0.2 | 1.1 |
| 脑 | 6.0 | 0.9 | 0.2 |
老年动物体内黄素含量降低，肝、心、脑下降7～10%，主要为FAD。肾下降60%，FAD、FMN及游离核黄素均下降。
FMN及FAD均为辅酶，与各种不同酶蛋白结合，生成各种黄素酶类，又称黄素蛋白。在生物氧化中起递氢体的作用。正常动物组织，肝富含FAD、NADH脱氢酶、黄嘌呤氧休酶和羧基乙酸氧化酶，肾则富含FMN、D-，L-氨基酸氧化酶、甘氨酸氧化酶。脑组织酶含量低，但其氧耗量却较大。在所有组织中NADH脱氢酶活十性十最高，而且只有当核黄素严重缺乏时才降低。
黄酶参与三大营养素代谢中许多复杂的过程，例如瓦氏黄酶等酶类参与一系列糖代谢有关的酶反应。黄嘌呤氧化酶催化脂肪族和芳十香族的醛、还原型辅酶I以及许多嘌呤类化合物的氧化。L-氨基酸氧化酶能催化L-氨基酸与α羧酸的氧化。D-氨基酸氧化酶能将D-α-氨基酸转变为α-酮酸。
缺乏核黄素动物，可观察到肝线粒体超微结构的改变，同时很多酶活十性十很快而大量下降。由于许多酶活十性十降低，线粒体中氧化速率下降，因而氧化磷酸化比值显著降低，例如，缺乏核黄素大鼠，肝线粒体中酶系氧化β-羧丁酸、琥珀酸及α-酮戊二酸等底物时，氧耗较正常者低10～25%，琥珀酸酶活十性十，只有正常者的25%，FAD浓度为正常者的25～30%，FMN仅为正常者的5%。可见核黄素缺乏直接影响能量代谢的主要场所线粒体内酶系的功能。同时由于营养素在体内氧化不完全。热能利用率也降低。
核黄素与蛋白质代谢关系密切。尿中核黄素排十出量，明显受氮平衡的影响。当组织生长旺盛，如外伤康复期、哺十乳十期和服丙酸十睾十酮，尿中核黄素排十出减少；而当负氮平衡，如饥饿、未控制糖尿病、烧伤及外科手术之后，则尿中核素排十出增多。缺乏核黄素动物，蛋白质不能充分利用，血浆蛋白及肌肉蛋白含量均低，食欲缺乏，体重降低，治疗期蛋白质再生缓慢。所以，蛋白质可促进核黄素利用，而核黄素对蛋白质代谢也有良好影响。故生长发育、妊十娠、哺十乳十和外伤修复期，核黄素和蛋白质应同时增加。四环素影响氮和核黄素代谢，导致负氮平衡和核黄素排十出增加，可能是由于四环素抑制线粒体内氧化磷酸化过程。
核黄素和调节代谢的激素有关。大鼠服用甲状腺素能使糖原消失，但若同时服用核黄素与硫胺素则可以不消失。摘除胰脏的狗，服用胰岛素时，必须同时服用核黄素和硫胺素才能有效。视网膜中的游离核黄素，受光照射后能转变为一种对视神经有刺激作用的化合物。缺乏核黄素可使视分析器对光和色（蓝，红，绿）敏十感度下降，且视力易疲劳。在一些服维生素A无效的暗适应下降的病例中，服核黄素可能有效。
核黄素缺乏影响晶体酯式核黄素的合成。有人观察到老年白内障是否与早期白摧障的形成有关，尚有争论。早期的研究（Day,1931～1934）认为大鼠缺乏B族维生素可发生白内障，补充核黄素，可防止白内障发生。也有用核黄素缺乏膳，在小猫和猪引起白内障的报道。但后来的研究产生了不一致的结果。核黄素确实对晶体的健康有关，但可能不是单一因素，而是与膳食中其它成分有联系。在非洲和印度，有的小孩就发现有晶体结构的改变，这些小孩甚至可追溯至婴儿时期曾患过恶十性十营养不十良或营养不十良十性十干瘦。Prchal(1978)观察22名白内障患者，有5名为半十乳十糖激酶缺乏，2名为半十乳十-1-磷酸转尿苷酰酶缺乏，还有9名为红细胞谷胱甘肽还原酶活十性十降低。Srivastava和Beutler(1970，1972)发现缺乏核黄素的大鼠，提高了对半十乳十糖白内障的敏十感十性十。缺乏核黄素的大鼠，饲以68%半十乳十糖膳，16～18天后，有80%发生白内障，而不缺乏核黄素的大鼠，只10%发生白内障。Bhat和Gopalan（1974）在印度发现白内障病人中有核黄素缺乏和半十乳十糖耐量异常。虽然半十乳十糖代谢与核黄素缺乏没有直接关系，但核黄素缺乏有利于半十乳十糖还原作用，而现在认为其还原产物半十乳十糖醇堆积在晶体，是形成白内障的重要因素。
补充核黄素和叶酸，直接影响某些血细胞生成参数（血红蛋白、红细胞压积、白细胞计数）。贫血患者补充铁剂的同时补充核黄素，血红蛋白上升较快，且有显著差别。
吡哆胺磷酸氧化酶（PPO）是一种黄素蛋白，核黄素缺乏时，组织中上述酶活十性十显著降低，同时体内吡哆醇转变为磷酸吡哆醛（PLP）过程受损。最近证实PLP减少可导致赖氨酰氧化酶活十性十下降，从而影响胶原蛋白十十交十十联形成，以致细胞间胶原支持减弱，可能是核黄素和吡哆醇缺乏时皮肤损害的原因。